KR101297596B1 - 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 선박의 상태에 따라 최적의 운항자세를 유지하도록 하여 연료의 소비 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 선박의 좌현 및 우현에 복수개 배치된 밸러스트 탱크의 평형수를 조절하여 선박의 운항자세를 제어하는 방법에 있어서, 선박을 제공하는 조선소 또는 선주사로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 수집하여 분석하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 수집 및 분석된 상기 선박의 외형 데이터를 입체 모델링하기 위한 특정 파일 형식으로 변환하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 변환된 파일을 입체 모델링하여 운항시 선박의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 추출된 저항력 데이터를 소정 개수의 변수를 가지는 데이터 테이블로 변환하는 제4단계와; 상기 제4단계의 데이터 테이블에서 저항력의 값이 작은 순서대로 소정 개수 이하 선택하여 다수개의 평형수 적재 계획을 도출하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 한 계획을 사용자가 선택하여 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법{The ship's attitude control system and its control method}
본 발명은 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운항자세를 결정하는 트림을 최적의 상태로 조절하여 운항시 소모되는 연료의 소비 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
선박의 자세를 결정하는 중요한 요소 중 하나인 트림(Trim)은 선박이 길이 방향으로 일정 각도 기울어진 것을 말한다. 트림은 선수 선미 간의 흘수(Draft) 차이로 표시하며, 선미흘수가 큰 경우를 선미트림(trim by stern), 선수흘수가 큰 경우를 선수트림(trim by head), 선수미 흘수가 같은 경우를 등흘수(even keel)라고 한다. 선미트림일 경우에는 선수부가 수면으로부터 높아지므로 선수에 부딪히는 파랑의 피해(deckwetness)를 완화시킬 수 있으며, 타가 수중 깊이 침하하기 때문에 타의 효과가 좋고, 선박의 중심이 후방으로 이동하므로 선체 후부의 안정성이 증가된다. 또한 선수에 대한 공기의 저항은 증가하나 물의 저항을 감소시킬 수 있으므로 전진에 대한 저항은 감소한다. 선수트림일 경우에는 선수부가 수면으로부터 낮아지므로 선수부에 파도를 덮어 쓸 위험이 많고 속력이 감소되며, 또 선미의 안정성이 낮아지고 타의 효과가 떨어져서 침로 유지가 어렵다. 등흘수는 하천 등 수심이 얕은 수로를 항해할 때나, 독(dock)에 들어갈 때 또는 항해 중에 청수나 연료 등의 소비로 선미트림이 예상될 때 출항시 등흘수로 하는 경우가 많다. 그리고 설계 초기에 선미트림이 되도록 하는 경우가 많은데 이를 초기트림(normal trim)이라 한다.
이와 같이 선박들은 선체를 선미트림으로 운항을 하는 경우가 많은데 이는 가장 좋은 연비 효율을 가지지 못한다. 이렇게 선박이 운항되고 있는 이유에는 모든 선박의 선형이 제각각이므로 동일하게 적용할 수 있는 선체자세가 없기 때문이기도 하며 화물 적재에 따라 만들 수 있는 선체자세가 매번 다르기 때문이다. 게다가 선박 건조시 수행되는 몇 번의 견인수조 테스트 데이터로는 시시각각 변하는 선체자세의 추력 계산 수요를 충족하지 못한다.
한편, 전 세계적인 트렌드로 친환경 녹생성장이 떠오르고 있으며 이에 조선업계에서는 'GREEN SHIP'이라는 키워드가 관심을 끌고 있다. 이미 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)에서는 SEEMP라는 구체적인 대책을 내놓고 있으며, 세계적인 움직임에 따라 에너지 절감과 효율적인 선박 운항에 기여할 수 있는 새로운 솔루션 개발의 필요성이 제기되고 있다. 하지만, 에너지 절감과 효율적인 선박 운항에 필요한 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 방법에 대한 개발은 초기 단계이며, 해당 기술 또한 전무한 실정이다.
KR 10-2012-0097872 A KR 10-2012-0105307 A KR 10-2012-0118788 A KR 10-2004-0013281 A
앞선 배경기술에서 도출된 점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 선박의 상태에 따라 최적의 운항자세를 유지하도록 하여 연료의 소비 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 선박의 선수부와 선미부 및 중앙부에 각각 설치되어 선체의 경사각을 감지하는 경사각감지센서와; 상기 선박의 좌현 및 우현에 각각 대칭 형태로 복수개가 배치되는 밸러스트 탱크와; 상기 밸러스트 탱크에 평형수를 공급하거나 배출하는 밸러스트 펌프와; 상기 밸러스트 탱크 내의 수위를 감지하는 수위감지센서와; 상기 서로 인접한 밸러스트 탱크 간에 평형수가 이동할 수 있도록 격벽에 관통 설치되는 연통배관과; 상기 연통배관 내에 개재되어 상기 평형수가 이동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 원격조절 밸브와; 상기 선박의 입체 모형을 이용하여 운항시의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 전산유체역학 계산모듈과; 상기 전산유체역학 계산모듈의 저항력 데이터를 기준으로 운항시 최소의 저항력을 받는 선체의 경사각을 구하는 최적플랜 계산모듈; 및 상기 최적플랜 계산모듈의 결과값에 따라 상기 원격조절 밸브를 제어하여 상기 각각의 밸러스트 탱크에 유입되는 평형수를 조절하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어시스템에 의해 달성된다.
여기서, 실제 선박과 동일한 선형의 모형선을 이용한 실험에 의해 수치화된 정보가 저장되는 모델테스팅 데이터베이스를 더 포함하며, 상기 모델테스팅 데이터베이스의 수치 정보는 운항 선박의 속도와 선박의 경하상태에서 만재상태까지의 각 단계가 세분화되어 저장되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 실제 선박의 운항 환경에 따라 상기 선체의 경사각을 사용자가 임의로 설정하여 입력하는 수동제어모듈을 더 포함하며, 상기 수동제어모듈에 입력된 설정값에 따라 상기 제어모듈이 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 선박의 좌현 및 우현에 복수개 배치된 밸러스트 탱크의 평형수를 조절하여 선박의 운항자세를 제어하는 방법에 있어서, 선박을 제공하는 조선소 또는 선주사로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 수집하여 분석하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 수집 및 분석된 상기 선박의 외형 데이터를 입체 모델링하기 위한 특정 파일 형식으로 변환하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 변환된 파일을 입체 모델링하여 운항시 선박의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 추출된 저항력 데이터를 소정 개수의 변수를 가지는 데이터 테이블로 변환하는 제4단계와; 상기 제4단계의 데이터 테이블에서 저항력의 값이 작은 순서대로 소정 개수 이하 선택하여 다수개의 평형수 적재 계획을 도출하는 제5단계; 및 상기 제5단계에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 한 계획을 사용자가 선택하여 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제3단계의 선박 외형 데이터는, 전산유체역학을 이용한 유동해석 기법에 의해 모델링되는 것이 바람직하다.
그리고, 운항시 선박의 안정성 검증을 위해 상기 저항력 데이터가 추출되기 전에 앞서 소정 조건의 제약사항이 미리 지정되는 제2-a단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제5단계에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 하나라도 선택하지 않고 다른 평형수 적재 계획을 사용자가 직접 수동으로 입력하는 제5-a단계와, 상기 제5-a단계에 입력된 계획을 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6-a단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바에 따른 본 발명의 선박의 운항자세 제어시스템 및 그 제어방법은, 선박의 상태로부터 최적의 밸러스트 탱크 평형수 적재 계획을 도출하여 이에 대한 운항자세를 유지함으로써 연료의 소비 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어시스템을 설명하기 위한 개략도이고,
도2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법에서 수치해석을 이용한 모델링의 화면 일부를 도시하는 예시도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법에서 수치해석 결과 데이터를 커스터마이징 하여 나타낸 그래프이고,
도5는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법에서 평형수 적재 계획 알고리즘을 나타내는 예시도이고,
도6은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법에서 Loading computer 상에 입력된 평형수 적재 계획을 나타내는 예시도이고,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법에서 선박의 안정성에 관한 시뮬레이션 화면을 나타내는 예시도이고,
도8 내지 도19는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법을 프로그램으로 구현하여 실행시킨 화면을 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 선박의 운항자세 제어시스템에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어시스템은, 도1에 도시된 바와 같이, 선박의 선수부와 선미부 및 중앙부에 각각 설치되어 선체의 경사각을 감지하는 경사각감지센서(1)와, 상기 선박의 좌현 및 우현에 각각 대칭 형태로 복수개가 배치되는 밸러스트 탱크(2)와, 상기 밸러스트 탱크(2)에 평형수를 공급하거나 배출하는 밸러스트 펌프(3)와, 상기 밸러스트 탱크(2) 내의 수위를 감지하는 수위감지센서(4)와, 상기 서로 인접한 밸러스트 탱크(2) 간에 평형수가 이동할 수 있도록 격벽에 관통 설치되는 연통배관(5)과, 상기 연통배관(5) 내에 개재되어 상기 평형수가 이동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 원격조절 밸브(6)와, 상기 선박의 입체 모형을 이용하여 운항시의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 전산유체역학 계산모듈(7)과, 상기 전산유체역학 계산모듈(7)의 저항력 데이터를 기준으로 운항시 최소의 저항력을 받는 선체의 경사각을 구하는 최적플랜 계산모듈(8)과, 상기 최적플랜 계산모듈(8)의 결과값에 따라 상기 원격조절 밸브(6)를 제어하여 상기 각각의 밸러스트 탱크(2)에 유입되는 평형수를 조절하는 제어모듈(9)을 포함한다.
상기 경사각감지센서(1)는 중앙부에 설치되는 중앙부 센서(1b)로는 초음파 거리센서를 사용하며 중앙부 좌현센서와 우현센서로 구분되어 배치될 수 있고, 이러한 초음파 거리센서는 선체 중앙부에서 해수면의 높이를 측정한다. 그리고 선수부 센서(1a) 및 선미부 센서(1c)는 경사계 센서를 이용할 수 있으며, 이러한 경사계 센서는 수평 상태를 0값으로 선수 경사를 (+), 선미 경사를 (-) 값으로 정의한다. 한편, 도시하고 있지는 않으나 상기 경사각감지센서(1)로부터 감지된 미세한 아날로그 신호를 전달받아 노이즈를 필터링한 후 신호를 증폭하여 전송하는 신호처리부를 더 포함한다.
여기서, 가로 방향의 경사를 횡경사(Heel,List)라고 하고, 세로 방향의 경사를 종경사(Trim)이라고 부르며, 보통 횡경사는 각도로 표시하고 종경사는 선수와 선미 간의 흘수(Draft) 차이로 표시한다.
상기 밸러스트 탱크(2)는 선박의 균형을 유지하기 위해 내부에 평형수를 채워 선박의 흘수와 트림을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것으로, 복수개의 밸러스트 탱크(2)는 격벽에 의해 서로 분리되어 있다.
상기 밸러스트 펌프(3)를 통해 공급 또는 배출되는 평형수는 선박에 구비된 시 체스트(미도시)를 통하여 공급 또는 배출되는데, 선박에서의 시 체스트라 함은 기관계통에 냉각수를 공급하거나 기타 해수를 필요로 하는 곳에 해수를 공급하기 위하여 선체 하면에 설치되는 해수 출입 설치구를 말하는 것으로 선박에는 선체 중앙부의 하방 즉, 선박이 물에 잠기는 부분의 선수부터 선미에 이르기까지 사방 곳곳에 시 체스트가 형성되어 있고, 그 측면에는 해수 유입 개구부가 형성되어 있다. 따라서, 상기 시 체스트를 통해 유입된 평형수를 상기 밸러스트 펌프(3)와 연통배관(5) 등으로 구성되는 이송라인을 통해 밸러스트 탱크(2)에 공급하게 된다.
상기 원격조절 밸브(6)는 상기 밸러스트 탱크(2) 간의 평형수를 이송하도록 하여 선박의 트림 및 흘수를 조절할 수 있다.
상기 전산유체역학 계산모듈(7)은 모델테스팅 데이터베이스로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 제공받으며, 상기 모델테스팅 데이터베이스는 선박을 제공하는 조선소 또는 선주사로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 수집하여 실험에 의해 수치화된 정보를 저장한다. 이러한 모델테스팅 데이터베이스의 수치 정보는 운항 선박의 속도와 선박의 경하상태에서 만재상태까지의 각 단계가 세분화되어 저장되는 것이 바람직하다.
상기 최적플랜 계산모듈(8)에서 선박의 운항속도, 파랑상태 및 흘수 변화에 따른 선박의 운항시 최소 저항력을 받는 최적 트림상태는 상기 전산유체역학 계산모듈(7)의 저항력 데이터를 기준으로 삼고, 임의의 파랑상태에서 운항속도 및 흘수에 대한 최적의 트림조건은 임의속도, 파랑상태 및 흘수에 대한 결과값에 보간법을 적용하여 산출할 수도 있다.
상기 제어모듈(9)은 상기 원격조절 밸브(6)의 제어뿐만 아니라 상기 경사각감지센서(1)와 상기 수위감지센서(4) 등 선박의 전기적인 장치를 제어하도록 연결되어 있으며, 이러한 제어모듈(9)은 선박 내에 구비된 중앙제어 컴퓨터(미도시) 등의 단말기와 연동하여 자동 작동 또는 사용자의 수동 조작에 작동한다.
한편, 상기 제어모듈(9)에 의한 자동제어뿐만 아니라, 실제 선박의 운항 환경에 따라 상기 선체의 경사각을 사용자가 임의로 설정하여 입력하는 수동제어모듈을 더 포함할 수 있으며, 이러한 수동제어모듈에 사용자가 직접 설정값을 입력하여 상기 제어모듈을 수동으로 제어할 수 있게 된다.
다음으로, 선박의 운항자세 제어방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법은, 도2에 도시된 바와 같이, 선박을 제공하는 조선소 또는 선주사로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 수집하여 분석하는 제1단계(S1)와, 상기 제1단계(S1)에서 수집 및 분석된 상기 선박의 외형 데이터를 입체 모델링하기 위한 특정 파일 형식(STL 형식)으로 변환하는 제2단계(S2)와, 상기 제2단계(S2)에서 변환된 파일을 입체 모델링하여 운항시 선박의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 제3단계(S3)와, 상기 제3단계(S3)에서 추출된 저항력 데이터를 소정 개수의 변수를 가지는 데이터 테이블로 변환하는 제4단계(S4)와, 상기 제4단계(S4)의 데이터 테이블에서 저항력의 값이 작은 순서대로 소정 개수 이하 선택하여 다수개의 평형수 적재 계획을 도출하는 제5단계(S5)와, 상기 제5단계(S5)에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 한 계획을 사용자가 선택하여 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6단계(S6)를 포함한다. 여기서, 상기 제3단계(S3)의 입체 모델링은, 전산유체역학을 이용한 유동해석 기법에 의해 모델링되는 것이 바람직하다. 그리고, 운항시 선박의 안정성 검증을 위해 상기 저항력 데이터가 추출되기 전에 앞서 소정 조건의 제약사항이 미리 지정되는 제2-a단계(S2-a)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제5단계(S5)에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 하나라도 선택하지 않고 다른 평형수 적재 계획을 사용자가 직접 수동으로 입력하는 제5-a단계(S5-a)와, 상기 제5-a단계(S5-a)에 입력된 계획을 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6-a단계(S6-a)를 더 포함할 수 있다.
상기한 바에 따른 본 발명의 선박 운항자세 제어방법은 첨부된 도3 내지 도19를 참조로 하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 저항이 최소가 되는 선박의 운항자세를 찾는 것이며, 이것을 달성하기 위해서는 저항의 정확한 추정이 필요하다.
도3은 수치해석을 이용한 모델링의 예시도이며, 전산유체역학의 수치해석(CFD;Computational Fluid Dynamics) 기법을 이용하여 선박에 미치는 저항을 추정하는 방법에는 크게 점성 유동해석 기법과 비점성 유동해석 기법이 있다.
점성 유동해석 기법은 최근 전산처리속도의 발전으로 인하여 많은 진보를 보이고 있으나 상당히 많은 수치해석 시간을 요구하며 수치해석을 위한 고비용 대용량의 장비를 필요로 한다.
비점성 유동해석 기법은 최근 십여년 동안 광범위하게 연구가 이루어져 왔으며, 빠른 수치해석 시간과 잉여저항 추정의 신뢰성으로 인하여 선형 설계에 매우 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 비점성 유동해석은 선수부의 압력분포나 파계가 실험값과 매우 일치하는 결과를 보여준다.
수치해석을 통해 얻은 모델링 결과는 분석하여 사용 가능한 특정한 형식(STL 형식)으로 변환할 필요가 있다. 이러한 데이터는 모델링 분석 툴을 커스터마이징 하여 도4와 같이 그래프와 같은 형식의 데이터를 바로 얻을 수 있도록 하거나 별도의 결과 데이터 변환 툴을 개발하여 데이터를 얻는 방법이 있다. 아래 표1은 커스터마이징 된 데이터 테이블의 예상하여 나타낸 것이다.
Figure 112013017029962-pat00001
도5에 도시된 예시도와 같이, 평형수 적재 계획을 도출하기 위해 현재 적재된 카고(cargo)와 항량(constant weight) 항목들을 고정하고 평형수를 이용하여 적재 가능한 각각의 경우의 수에서 트림 및 배수량을 계산한다. 이를 바탕으로 선박 모델링 데이터 테이블에서 저항력 값을 구하고 계산된 결과 중에서 저항력 값이 가장 작은 순서대로 10개 이상의 평형수 적재 계획을 사용자에게 제시한다.
도6에 도시된 예시도와 같은 평형수 적재 계획은 실제 선박의 안정성을 검사하는 소프트웨어(Loading computer)에 즉시 적용이 가능하도록 Loading computer system과 호환이 되는 데이터 레코드 형태로 생성한다. 또는, Loading computer system에서 사용되고 있는 컨디션 파일(Condition file) 형태로 저장하여 언제든지 시뮬레이션할 수 있도록 하는 방법도 고려할 수 있다.
사용자는 저항력 데이터 계산에 앞서 결과에 대한 제약사항을 미리 지정함으로써 현실성이 떨어지거나 특정 운항기준에 벗어나는 결과를 1차적으로 걸러낼 수 있다. 이 방법은 평형수 적재 계획 도출 알고리즘 수행시 제약사항 항목에 대해 실시간으로 검사하여 필터링 한다.
최종적으로 제시된 적재계획에 대하여 사용자는 Loading computer system에서 도7과 같이 시뮬레이션하여 제약사항에 지정되지 않은 다른 항목이나 제약사항에 지정한 항목들에 대하여 좀 더 자세히 볼 수 있다. 또한 국제적으로 통용되는 여러 규약에 부합하는지 검증이 가능하며 특정 지역에서 발효되는 규칙에 대해서도 적합한지 확인할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 선박의 운항자세 제어방법을 설명하기로 하며, 이러한 방법을 구현한 프로그램을 일 예로 들어 상세히 기술하기로 한다.
도8은 본 발명에 따른 프로그램의 메인화면을 나타내는 예시도이며, 화면의 좌측부분인 ①,②,③,④,⑤는 설정화면이고 우측부분인 ⑥,⑦,⑧은 결과관련화면이다.
① Initial Weight: 밸러스트 탱크를 제외한 현재 무게 상태를 표시한다. 이 아이템들은 Load plan에 입력된 현재 상태를 나타내며 평형수 적재 계획 도출시 고정된 무게로서 작용하므로 변경할 수 없다.
- Lightship: Lightship weight
- Bunkers: HFO, DO, LO, FWT 등 밸러스트 탱크를 제외한 기타 탱크들의 무게
- Container: 현재 적재된 컨테이너 무게의 총합
- DWT(Constants): Constants로 입력된 아이템들의 무게
② Initial Loading Condition: 현재 Loading condition 상태를 간략히 표시해 준다. 특히 현재 상태에 대한 저항력 값을 계산하여 보여준다. 이것은 추후 도출된 평형수 적재 계획의 저항력 값과 비교하는데 사용된다.
③ User Define Values & Constraints: 계산에 적용될 선체 속도를 입력하고 평형수 적재 계획을 필터링하기 위한 제약사항 값을 설정하는 부분이다. 해당항목에 체크를 하면 평형수 적재 계획의 Condition이 Min, Max (또는 BM, SF의 %) 필드에 입력된 값을 만족하지 못하면 해당 평형수 적재 계획의 계산된 저항력 값이 가장 좋더라도 최종 10개의 제안에는 포함되지 않는다.
④ W.B.Tank Setting: 계산을 위해 사용될 밸러스트 탱크와 filling increment rate를 설정하는 부분이다. 기본적으로 현재 밸러스트 탱크에 적재되어 있는 무게가 표시된다. 본 프로그램은 평형수 적재 계획을 만들 때 heel을 고려하지 않기 때문에 대칭인 port와 starboard 밸러스트 탱크는 도9와 같은 하나의 가상 탱크로 표시된다. 도9에서 App 부분은 평형수 적재 계획을 만들 때 해당 밸러스트 탱크에 적재 여부를 결정하는 옵션이다. 만약 app가 체크되어 있지 않다면 해당 밸러스트 탱크는 initial weight가 그대로 적용된다. Filling increment rate는 평형수 적재 계획을 만들 때 해당 밸러스트 탱크에 얼마씩 적재하면서 저항력 값을 계산하느냐 하는 옵션이다. 만약 filling combox에 50%로 설절이 되어 있다면 해당 밸러스트 탱크에 0%, 50%, 100%씩 적재하면서 그때의 선체 자세(트림)에 대한 저항력 값을 계산할 것이다. Filling increment rate 값이 작으면 작을수록 계산해야 하는 경우의 수는 증가한다. 만약 Filling increment rate가 10%라면 해당 밸러스트 탱크에 11개(0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%)의 경우의 수를 적용해야 한다. 따라서 Filling increment rate는 계산 시간과 평형수 적재 계획의 정밀도와 많은 상관관계가 있으며 이것은 사용자가 적절히 선택해야 하는 부분이다.
⑤ Prepare for calculation: 평형수 적재 계획 생성을 시작하는 'Calculation' 버튼과 연산을 중지할 수 있는 'Abort' 버튼이 있다. 왼쪽 아래 부분에는 총 계산되는 case 개수가 표시된다. 만약 평형수 적재 계획을 만들 수 있는 경우의 수가 10,000,000개 이상이면 도10과 같이 계속 진행의사를 묻는 확인 창이 뜬다. 'Yes'를 클릭하면 계속 진행하게 되는데 이러한 경우 많은 시간이 계산에 소요된다. 그러므로 가능한 한 사용자가 W.B.Tank setting 부분에서 Filling increment rate를 적절히 조절하여 총 연산 개수가 10,000,000개 이하가 되도록 만드는 것이 바람직하다.
⑥ Power view: 미리 해당 호선에 대해 계산된 결과를 도11과 도12와 같이 테이블을 grid와 3D 그래프 형태로 보여준다. 오른쪽 아래에는 현재 설정된 선박의 속도를 보여준다. 도11의 Grid tab에서는 User Define Values & Constraint에서 입력한 속도에 해당하는 트림과 흘수로 이루어진 2차원 테이블 값을 보여준다. 가장 저항력 값이 높은(연료 소모가 많은) 부분은 빨강색에 가깝게 나타나며, 저항력 값이 가장 낮은(연료 소모가 적은) 부분은 초록색에 가깝게 나타난다. 현재 Initial Loading condition에서 보여지는 저항력 값에 대한 부분은 볼드체로 굵게 표시된다. 도12의 Graph tab에서는 도11에서 보여줬던 2차원 형태의 데이터를 저항력 값의 편차를 쉽게 알 수 있도록 3차원 형태의 그래프로 표시해준다. 오른쪽의 Graph view 옵션에서는 아래와 같이 그래프를 조절할 수 있다.
- Size: 그래프의 전체 크기를 조절한다.
- Z Scale: Z축인 저항력 값의 스케일을 조정하여 그래프에 보여지는 편차를 조절한다.
- Angle Z: 그래프 중심의 Z축을 기준으로 앵글만큼 그래프를 회전한다.
- Angle X: 그래프 중심의 X축을 기준으로 앵글만큼 그래프를 회전한다.
- Mesh Line: Mesh의 경계선을 표시한다.
- Color combo box: Mesh 경계선의 색을 선택한 색으로 바꾼다.
⑦ Optimized Loading Condition: Prepare for calculation 부분의 'calculation' 버튼을 눌러 계산한 평형수 적재 계획 결과를 도13과 같이 저항력 값이 가장 작은 것부터 10개까지 summary와 ballast plan의 두가지 형태로 보여준다. Result summary tab에서는 평형수 적재 계획을 적용했을 때의 기본적인 상태 정보를 보여준다. 특히 'Power Red' 값은 Initial Loading Condition에 보여지는 저항력 값과 비교하여 얼마만큼 줄어들었는지 백분율로 나타낸다. 도14에 도시된 Ballast plan tab에서는 result summary에서 보여줬던 상태를 만들기 위한 상세 평형수 적재 계획을 보여준다. Ballasting이 필요한 탱크는 파란색으로 표시되며 discharging이 필요한 탱크는 빨간색으로 표시된다. 'Diff from initial weight' 부분에는 initial weight에 비해 총 평형수 무게의 증감 량을 표시한다.
⑧ Buttons
- Print: Result summary와 ballast plan을 출력한다.
- Preview: 프린트 출력의 미리보기 기능이다.
- Reflect: 선택한 평형수 적재 계획을 loadplan에 적용한다.
- Close: 종료한다.
상기한 메인화면의 설명을 바탕으로 한 본 발명에 따른 프로그램은, 먼저 운항할 선박의 속도를 설정하고 결과로 제시될 평형수 적재 계획에 대한 제약사항을 설정한다. 도15의 예시에는 선박의 속도를 24노트로 하고 평형수 적재 계획 상태 중 trim -3 ~ -1 사이, Longitudinal strength는 SF(Shear Force), BM(Band Moment) 모두 allowable 값의 98%를 만족하는 것만 유효하도록 설정하였다.
다음으로 평형수 적재 계획 연산에 사용될 밸러스트 탱크를 'App' 컬럼의 체크박스를 이용하여 설정한다.(체크가 되어 있으면 사용된다.) 그리고 'Filling' 컬럼에서 각 밸러스트 탱크에 적용될 Filling increment rate를 선택한다. 도16의 예시에서는 NO.2 D.B.WBT(S/P) 탱크와 A.P.T(C) 탱크를 사용하지 않도록 설정하였다.
다음으로 옵션 설정이 끝나면 도17에 예시된 화면에서 'Calculation' 버튼을 눌러 연산을 시작한다.
다음으로 연산이 종료되면 도18에 도시된 바와 같이 저항력 값이 작은 순서대로 10개의 condition과 평형수 적재 계획이 Optimized Loading condition 부분에 보여진다. 각각의 Proposal은 Power Red 항목에 Initial Loading Condition 대비 얼마만큼의 효율이 있는지 백분율로 확인할 수 있다.
다음으로 결과 확인이 끝나면 도19에 도시된 바와 같이 10개의 Proposal 중에서 직접 적용할 Proposal을 선택하여 'Reflect' 버튼을 눌러 밸러스트 탱크에 반영한다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
1: 경사각 감지센서 2: 밸러스트 탱크
3: 밸러스트 펌프 4: 수위감지센서
5: 연통배관 6: 원격조절밸브
7: 전산유체역학 계산모듈 8: 최적플랜 계산모듈
9: 제어모듈

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 선박의 좌현 및 우현에 복수개 배치된 밸러스트 탱크의 평형수를 조절하여 선박의 운항자세를 제어하는 방법에 있어서,
    선박을 제공하는 조선소 또는 선주사로부터 선박의 외형을 정의한 데이터를 수집하여 분석하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 수집 및 분석된 상기 선박의 외형 데이터를 입체 모델링하기 위한 특정 파일 형식으로 변환하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 변환된 파일을 입체 모델링하여 운항시 선박의 속도, 흘수, 트림에 따른 저항력 데이터를 추출하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 추출된 저항력 데이터를 소정 개수의 변수를 가지는 데이터 테이블로 변환하는 제4단계;
    상기 제4단계의 데이터 테이블에서 저항력의 값이 작은 순서대로 소정 개수 이하 선택하여 다수개의 평형수 적재 계획을 도출하는 제5단계; 및
    상기 제5단계에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 한 계획을 사용자가 선택하여 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계의 입체 모델링은 전산유체역학을 이용한 유동해석 기법에 의해 모델링되는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어방법.
  6. 제4항에 있어서,
    운항시 선박의 안정성 검증을 위해 상기 저항력 데이터가 추출되기 전에 앞서 소정 조건의 제약사항이 미리 지정되는 제2-a단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제5단계에서 도출된 다수개의 평형수 적재 계획 중 어느 하나라도 선택하지 않고 다른 평형수 적재 계획을 사용자가 직접 수동으로 입력하는 제5-a단계와,
    상기 제5-a단계에 입력된 계획을 상기 밸러스트 탱크에 적용함에 따라 상기 선박의 흘수와 트림을 조절하는 제6-a단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 운항자세 제어방법.
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